輸氣管道工程中鋼管的選用

1 引言

輸氣管道一般為高壓輸送天然氣，一旦發(fā)生問題，后果不堪設想。因此,在工程設計中，如何正確地選用鋼管，是關系到整個輸氣工程安全和投資的重要環(huán)節(jié)。本文從設計和應用角度闡述了輸氣管道工程中各類鋼管的性能特點和選用原則。

2 輸氣管道工程中所用鋼管的類型及特點

輸氣管道用管一般分為無縫鋼管和焊接鋼管。焊接鋼管按焊縫類型分為直縫焊接鋼管螺旋縫焊接鋼管；直縫焊接鋼管按焊接工藝又分為直縫高頻電阻焊鋼管(簡稱ERW)和直縫埋弧焊鋼管（簡稱LSAW）。

1）無縫鋼管是采用鋼錠或實心管坯經(jīng)穿孔，然后經(jīng)熱軋、冷軋或冷拔制成的表面沒有接縫的鋼管。冷拔（軋）管的最大公稱直徑為200mm，熱軋管最大公稱直徑為600 mm。無縫管用途廣泛，可制成厚壁管，其品質均勻度高，理化性能、力學性能較均勻，承壓能力好；缺點是因生產(chǎn)工藝及裝備原因，制造大口徑無縫管制造困難，壁厚的負偏差大，同口徑單位長度的無縫管的重量大于焊接管，造價高于焊接管。

2）直縫高頻電阻焊鋼管采用鎮(zhèn)靜鋼熱軋（控軋）鋼板（帶）以軋輥連續(xù)滾軋成型，焊接熱量由電阻或電感應產(chǎn)生，加熱后通過機械力壓合而成；焊縫一般較窄，余高小。生產(chǎn)線可連續(xù)化生產(chǎn)，自動化程度高，直縫電阻焊鋼管焊縫平滑，外形尺寸精度高、防腐層質量容易保證等優(yōu)點。缺點是無熔敷填充金屬，焊縫強度不如埋弧焊，焊縫處易產(chǎn)生焊縫裂紋、過燒、冷焊及灰斑，焊縫處韌性差，制管質量不穩(wěn)定。直縫高頻電阻焊鋼管受鋼卷厚度的限制，一般可生產(chǎn)的最大厚度為25mm，可生產(chǎn)的最大口徑為660mm。

3）直縫埋弧焊鋼管采用鎮(zhèn)靜鋼熱軋（控軋）鋼板（帶）、以UOE、JCOE 或HME 方法成型，自動埋弧焊焊接，焊縫有熔敷填充金屬，焊縫強度一般不低于母材。其特點是焊縫長度短、缺陷少、焊縫質量好、殘余應力小，經(jīng)過冷擴徑，外形尺寸規(guī)整，端口尺寸精度高，易于對口焊接；缺點是制管費用較高。直縫埋弧焊鋼管可生產(chǎn)的最大厚度為40mm，可生產(chǎn)最大口徑只受鋼板寬度的限制，目前可生產(chǎn)最大口徑為1422mm。

4）螺旋縫埋弧焊鋼管采用鎮(zhèn)靜鋼熱軋（控軋）鋼板（帶）卷制、自動埋弧焊焊接成型，焊縫有熔敷填充金屬，焊縫強度一般不低于母材；具有壁厚均勻、規(guī)格多、焊縫受力小、止裂能力強、剛度大及價格相對便宜等優(yōu)點。缺點是焊縫較長、出現(xiàn)缺陷的概率要高于直縫管、焊后不擴徑、管材內(nèi)部存在殘余應力。

3 輸氣管道鋼管類型的選用

3. 1 無縫鋼管

在輸氣管道工程設計中，無縫鋼管主要適用于管徑為200mm 以下的管道，此類鋼管主要用于線路部分口徑較小的管道和輸氣場站內(nèi)工藝管道。國內(nèi)生產(chǎn)的天然氣輸送用無縫鋼管管徑，可以滿足供貨需求。

3. 2 直縫電阻焊鋼管

直縫電阻焊鋼管主要用于輸氣管道工程中線路部分管徑為150～400mm 的管道，穿、跨越地段使用此類鋼管時可增加壁厚。國產(chǎn)電阻焊鋼管可以滿足供貨需求。

3. 3 直縫埋弧焊鋼管

在輸氣管道工程設計中，直縫埋弧焊鋼管多用于管徑為500mm 及以上的管道，此類鋼管主要用于輸氣管道工程中，線路通過的三、四級地區(qū)或者線路的穿、跨越地段。國內(nèi)生產(chǎn)的直縫埋弧焊鋼管管徑一般為500～1200mm,可以滿足供貨需求。

3. 4 螺旋縫埋弧焊鋼管

在輸氣管道工程設計中螺旋縫埋弧焊適用于管徑大于350mm 以上的管道，此類鋼管主要用于輸氣管道工程中線路通過的一、二級地區(qū)的一般地段。國內(nèi)生產(chǎn)的螺旋縫埋弧焊鋼管口徑一般為300～1000mm，可以滿足供貨需求。

4 輸氣管道鋼管制造標準的選用

       根據(jù)《輸氣管道工程設計規(guī)范》(GB 50251-2015)規(guī)定，輸氣管道選用的鋼管應符合現(xiàn)行國家標準《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》（GB/T 9711-2011） 中的PSL2 級、《高壓鍋爐用無縫鋼管》（GB 5310-2008）、《高壓化肥設備用無縫鋼管》（GB 6479-2013）及《輸送流體用無縫鋼管》（GB/T 8163-2008）的有關規(guī)定。

輸氣管道工程中線路部分的管道按壓力管道分類屬于GA 類，不適用于《壓力管道安全技術監(jiān)察規(guī)程-工業(yè)管道》（TSG D0001-2016）監(jiān)察范圍，但輸氣場站內(nèi)的管道按壓力管道分類屬于GC 類管道，鋼管選擇時需符合TSG D0001-2016的規(guī)定，如GC1 類管道不允許使用GB/T 8163-2008 標準的鋼管。

輸氣管道工程中線路部分的鋼管一般選用標準為GB/T9711-2011 中PSL2 系列的焊接鋼管；輸氣場站部分鋼管管徑＞250mm 時，可選用GB/T 9711-2011 中PSL2 系列的焊接鋼管，管徑≤DN200mm 時可選用無縫鋼管，無縫鋼管標準應符合GB/T 9711-2011 中的PSL2 級、GB 5310-2008、GB6479-2013 及GB/T 8163-2008（GC1 類除外）的有關規(guī)定。

5 輸氣管道鋼管鋼級的選用

輸氣管道選用鋼管級別時, 一般先初選2 個以上不同鋼級,通過鋼管壁厚計算公式計算出壁厚, 然后再考慮管材腐蝕裕量和尺寸公差等后確定實際壁厚, 最終計算出不同鋼級的總用量和總費用。通過經(jīng)濟和技術比較, 確定最終的鋼管級別。鋼級選用時需注意以下幾個問題。

（1）鋼管可焊性。隨著鋼級的提高, 鋼管強度升高、韌性降低, 可焊性變差。（2）焊接工藝。對于不同的鋼級要選用不同的焊接材料進行匹配, 而焊接材料的選用跟焊接方法有直接關系。目前輸氣管道焊接方式一般采用自動焊、半自動焊和手工焊。（3）壁厚圓整。在鋼管壁厚計算時, 對于一些大口徑、高壓力管道, 計算出的壁厚與標準中圓整后的壁厚往往相差較大。因此，在壁厚圓整時, 要視具體情況決定。（4）最小壁厚。對于小口徑管道, 在設計壓力不是太高的情況下, 通過公式計算出的壁厚一般都很小，但確定最小壁厚時,應根據(jù)鋼管是否滿足在吊裝、運輸和埋地情況下的剛度要求和穩(wěn)定性有無問題而確定。

6 輸氣管道用管的選用原則

通過以上分析在進行輸氣管道管材選用時應注意以下幾個原則：（1）所選管材的制管工藝能滿足安全的要求；（2）所選管材能滿足工況下管道的強度、韌性和焊接的要求；（3) 管材選擇時要綜合考慮經(jīng)濟和技術因素；（4）管材選擇時要考慮所用鋼管來源廣泛，便于采購；（5）管材選擇時要做好管道的強度計算、直管段的壁厚計算、軸向應力校核、徑向穩(wěn)定性校核、抗震校核計算等工作。

7 結語

輸氣管道工程設計時，首先要選用好鋼管類型，再確定好鋼級，綜合考慮管徑、設計壓力、工況條件和管材價格等因素，讓整個工程做到安全、經(jīng)濟、合理。